JP2007189118A - 外部共振器型波長可変光源 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる外部共振器型波長可変光源を提供する。
【解決手段】外部共振器型波長可変光源１０は、レーザダイオード１１、レンズ１２、回折格子１３、及びミラー１４を含んでなるリットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。レンズ１２は、レーザダイオード１１から射出されるレーザ光を所定の発散角を有する発散光に変換する。回折格子１３は、レンズ１２からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面１３ａを備える。具体的には、発散角が大きい程格子間隔が狭くなるように回折面１３ａの格子間隔が変調されている。ミラー１４は、円筒形状の反射面を有しており、回折格子１３で回折された光を回折格子１３に向けて反射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信分野又は光計測技術分野等で用いられる外部共振器型波長可変光源に関する。

光通信又は光計測技術で使用される光源には、狭いスペクトル線幅の単一モード発振で波長安定性が良く、且つ波長可変が可能な光源が要求される。発振波長が可能な光源の１つとして外部共振器型波長可変光源が開発されている。図１１は、第１従来例に係る外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。図１１に示す通り、第１従来例に係る外部共振器型波長可変光源１００は、レーザダイオード１０１、コリメートレンズ１０２、回折格子１０３、及び平面ミラー１０４を含んで構成される。尚、図１１に示す外部共振器型波長可変光源は、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。

レーザダイオード１０１は、例えば半導体基板上に下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層を順に形成し、半導体基板を劈開して得られる平行な端面を共振器として用いるファブリペロー型の半導体レーザである。このレーザダイオード１０１には共振器をなす端面の一方に無反射膜（ＡＲコート）１０５が形成されている。レーザダイオード１０１は無反射膜１０５が形成された端面をコリメートレンズ１０２側に向けて配置されている。

コリメートレンズ１０２は、レーザダイオード１０１の無反射膜１０５が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、一方の焦点が配置されるようレーザダイオード１０１に対して位置決めされている。このコリメートレンズ１０２は、レーザダイオード１０１から射出されるレーザ光を平行光にするとともに、回折格子１０３で回折されてきたレーザ光をレーザダイオード１０１のレーザ光の射出位置に集光する。回折格子１０３は、紙面に直交する方向に格子が形成された平面状の回折面１０３ａを有しており、コリメートレンズ１０２によって平行にされたレーザ光、及び平面ミラー１０４によって反射されたレーザ光を、その波長に応じた角度で回折する。平面ミラー１０４は、回折格子１０３によって回折されたレーザ光を反射する。この平面ミラー１０４は、紙面に平行な面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。

上記構成において、レーザダイオード１０１から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ１０２によって平行光に変換された後に回折格子１０３の回折面１０３ａに入射し、波長に応じた角度で回折される。回折格子１０３で回折されたレーザ光のうち、平面ミラー１０４が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、平面ミラー１０４で反射された後に再び回折格子１０３の回折面１０３ａに入射する。このレーザ光は再び回折格子１０３で回折されて元の光路を逆向きに進み、コリメートレンズ１０２により集光されてレーザダイオード１０１に入射する。レーザダイオード１０１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１０１の端面１０１ａで反射されてレーザダイオード１０１内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード１０１から射出される。

以上の通り、図１１に示す第１従来例に係る外部共振器型波長可変光源は、レーザダイオード１０１の端面１０１ａと、レーザダイオード１０１の外部に設けられた平面ミラー１０４とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなす平面ミラー１０４を紙面に平行な面内で移動させるとともに、回折格子１０３によって回折される光が垂直に入射されるよう同面内で回転させると、平面ミラー１０４に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード１０１の端面１０１ａから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図１１中の符号Ｄ１１を付して示す方向に平面ミラー１０４を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号Ｄ１２を付して示す方向に平面ミラー１０４を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

図１２は、第２従来例に係る外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。図１２に示す通り、第２従来例に係る外部共振器型波長可変光源２００は、レーザダイオード１０１、コリメートレンズ１０２、及び回折格子１０６を含んで構成される。尚、図１２においては、図１に示す外部共振器型波長可変光源１００が備える構成と同一のものについては同一の符号を付してある。図１２に示す外部共振器型波長可変光源は、リトロー型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。図１２に示す外部共振器型波長可変光源２００が備える回折格子１０６は、紙面に直交する方向に格子が形成された平面状の回折面１０６ａを有しており、コリメートレンズ１０２によって平行にされたレーザ光を、その波長に応じた角度で回折する。この回折格子１０６は、紙面に平行な面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。

上記構成において、レーザダイオード１０１から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ１０２によって平行光に変換された後に回折格子１０３に入射し、波長に応じた角度で回折される。回折格子１０３で回折されたレーザ光のうち、元の光路を逆向きに進むレーザ光は、コリメートレンズ１０２により集光されてレーザダイオード１０１に入射する。レーザダイオード１０１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１０１の端面１０１ａで反射されてレーザダイオード１０１内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード１０１から射出される。

以上の通り、図１２に示す第２従来例に係る外部共振器型波長可変光源は、レーザダイオード１０１の端面１０１ａと、レーザダイオード１０１の外部に設けられた回折格子１０６４とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなす回折腰１０６を紙面に平行な面内で回転させるとともに適宜同面内で回転させると、元の光路を逆向きに進むレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード１０１の端面１０１ａから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図１２中の符号Ｄ２１を付して示す方向に回折格子１０６を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号Ｄ２２を付して示す方向に回折格子１０６を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

尚、従来の外部共振器型波長可変光源の詳細については、例えば以下の特許文献１，２を参照されたい。
特開平１１−６８２４８号公報 特開２０００−３５３８５４号公報

ところで、図１１に示す外部共振器型波長可変光源１００においては、回折格子１０３によって回折されて反射光１０４によって反射されたレーザ光の全てが元の光路を逆向きに進んでレーザダイオード１０１に戻るのが理想である。即ち、戻りレーザ光とレーザダイオード１０１との結合効率が１００％であることが理想である。これは、図１２に示す外部共振器型波長可変光源２００においても同様である。しかしながら、実際はいくつかの原因によって結合効率は低下する。結合効率が低下すると、外部共振器型波長可変光源の発振はマルチモードになると考えられる。

結合効率の低下を招く要因の１つに、コリメートレンズ１０２の色収差によって焦点距離が波長によって変化することが挙げられる。ここで、可視光領域では、複数種類のレンズを組み合わせることによりコリメートレンズ１０２の色収差を補償することは容易であるが、例えば光通信に用いられる１．５５μｍ波長帯では複数種類のレンズを組み合わせて色収差を補償することは困難である。そこで、例えばコリメートレンズ１０２のレンズ面に回折格子を形成して色収差を補償する方法も考えられるが、かかる方法による色収差の補償は実用レベルには程遠い。

図１３は、コリメートレンズ１０２の収差の一例を示す収差図であって、（ａ）は波長１．４μｍの場合の収差を示しており、（ｂ）は波長１．５μｍの場合の収差を示しており、（ｃ）は波長１．６５μｍの場合の収差を示している。尚、図１３においては、レーザ光路に直交する面内に含まれ、互いに直交する２つの方向の位置（ＰＸ，ＰＹ）を横軸に取り、各位置を通るレーザ光の収差量を縦軸に取っている。コリメートレンズ１０２は波長１．５μｍの光に対して収差が最適化されるよう設計されているものとすると、図１３（ｂ）に示す通り、波長１．５μｍの光に対しては収差は比較的小さいと考えられる。これに対し、図１３（ａ），図１３（ｃ）に示す通り、設計波長からずれると収差が大きくなることが分かる。

結合効率の低下を招く要因のもう１つに、レーザダイオード１０１とコリメートレンズ１０２との位置合わせ精度が挙げられる。コリメートレンズ１０２の焦点距離は数ミリメートル程度であるため、レーザダイオード１０１の無反射膜１０５が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、コリメートレンズ１０２の一方の焦点を精確に配置するのは困難である。

以上挙げた要因等によって、コリメートレンズ１０２は非球面を有する単レンズとされており、色収差を補償するための対策が施されていないのが実情である。近年においては、外部共振器型波長可変光源の性能が向上しており、波長可変範囲が２００ｎｍ程度であるものも開発されている。今後、波長可変範囲を更に拡大するためには、コリメートレンズ１０２の色収差を補償し得る根本的な対策を施す必要がある。

ここでコリメートレンズ１０２の色収差そのものを補償することが困難であることは上述した通りである。このため、コリメートレンズ１０２をアクチュエータ等を用いて移動可能にし、レーザーダイオード１０１に対するコリメートレンズ１０２の位置を、発振波長毎に最適化することにより、コリメートレンズ１０２の色収差を補償する方法が考えられる。しかしながら、上述の通りコリメートレンズ１０２の焦点距離が短いために高い精度で位置決めするのが困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる外部共振器型波長可変光源を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１発明に係る外部共振器型波長可変光源は、一方の端面に無反射膜（１５）が形成された光源（１１）と、当該光源の前記無反射膜が形成された端面側に配置されたレンズ（１２）と、当該レンズを介した前記光源からの光を波長に応じた角度で回折する回折格子（１３、２３）と、当該回折格子で回折された光のうちの一部を前記回折格子に向けて反射する反射鏡（１４、２４）とを備え、前記反射鏡により前記回折格子に向けて反射された光を前記レンズを介して前記光源に入射させる外部共振器型波長可変光源（１０、２０）において、前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、前記回折格子は、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面（１３ａ、２３ａ）を備えることを特徴としている。
この発明によると、光源からの光はレンズによって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子の回折面に入射する。回折格子の回折面は、レンズからの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されているため、回折面に入射した発散光はその変調に応じた方向へ回折される。回折格子に回折された光のうち、ミラーが配置された方向へ回折された光は、ミラーで反射されて回折格子に再び入射し、再度回折格子によって回折されてレンズを介して光源に入射する。
また、本発明の第１発明に係る外部共振器型波長可変光源は、前記回折格子の回折面が、格子の配列方向に沿う第１方向に平行な面内を通る同一波長の回折された光が平行光となるように前記格子間隔が変調されていることを特徴としている。
更に、本発明の第１発明に係る外部共振器型波長可変光源は、前記回折格子及び前記反射鏡の少なくとも一方が、前記第１方向に垂直な第２方向の形状が曲面形状であることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の第２発明に係る外部共振器型波長可変光源は、一方の端面に無反射膜（１５）が形成された光源（１１）と、当該光源の前記無反射膜が形成された端面側に配置されたレンズ（１２）と、当該レンズを介した前記光源からの光を波長に応じた角度で回折させる回折格子（３３）とを備え、前記回折格子で回折された所定の波長の光を前記レンズを介して前記光源に入射させる外部共振器型波長可変光源（３０）において、前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、前記回折格子は、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面（３３ａ）を備えることを特徴としている。
この発明によると、光源からの光はレンズによって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子の回折面に入射する。回折格子の回折面は、レンズからの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されているため、回折面に入射した発散光はその変調に応じた方向へ回折される。回折格子に回折された光のうちレンズ側へ回折された光は、光源に入射する。
また、本発明の本発明の第２発明に係る外部共振器型波長可変光源は、前記回折格子の回折面が、同一波長の回折された光が集束しながら前記発散光の光路を逆向きに進むように前記格子間隔が変調されていることを特徴としている。
更に、本発明の第２発明に係る外部共振器型波長可変光源は、前記回折格子が、格子の配列方向に沿う第１方向に垂直な第２方向の形状が曲面形状であることを特徴としている。

本発明によれば、回折格子及びミラーによってレンズの収差を補正しているため、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による外部共振器型波長可変光源について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図であり、図２は同外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。図１，図２に示す通り、本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源１０は、レーザダイオード１１、レンズ１２、回折格子１３、及びミラー１４を含んで構成される。尚、図１，図２に示す外部共振器型波長可変光源は、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。

レーザダイオード１１は、例えば半導体基板上に下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層を順に形成し、半導体基板を劈開して得られる平行な端面を共振器として用いるファブリペロー型の半導体レーザである。このレーザダイオード１１には共振器をなす端面の一方に無反射膜（ＡＲコート）１５が形成されている。レーザダイオード１１は無反射膜１５が形成された端面をレンズ１２側に向けて配置されている。

レンズ１２は、レーザダイオード１１の無反射膜１５が形成された端面におけるレーザ光の射出位置よりもレーダーダイオード１１の内部側に一方の焦点が配置されるようレーザダイオード１１に対して位置決めされている。これにより、レンズ１２は、レーザダイオード１１から射出されるレーザ光を所定の発散角を有する発散光にする。また、レンズ１２は、回折格子１３で回折されてきたレーザ光を集光してレーザダイオード１１に入射させる。

回折格子１３は、上下方向（図２において紙面に直交する方向）に延びる格子が形成された平面状の回折面１３ａを有しており、レンズ１２からの発散光、及びミラー１４によって反射されたレーザ光を回折する。回折格子１３の回折面１３ａに形成された格子は、レンズ１２からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されている。具体的には、回折面１３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が平行光となるように格子間隔が変調されている。

ここで、レンズ１２を介して回折格子１３に入射する光は発散光であるため、入射位置に応じて回折格子１３に対する発散光の入射角が異なる。図３は、回折格子１３に入射する発散光の入射角の相違を説明するための図である。例えば、図３に示す通り、光軸ＡＸよりも図中上方に入射する発散光Ｌ１は入射角α１をもって回折格子１３に入射する。これに対し、光軸ＡＸよりも図中下方に入射する発散光Ｌ２は入射角α１よりも大きな入射角α２をもって回折格子１３に入射する。

仮に、回折格子１３の回折面１３ａに一定間隔で格子が形成されているとすると、入射角α１をもって回折格子１３に入射する光と入射角α２をもって回折格子１３に入射する光との波長が同一であっても、異なる入射角で入射した光は異なる角度で回折されることになる。本実施形態では、回折面１３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面（例えば、図２，図３における紙面）を通る同一波長の回折光が平行光となるように、回折面１３ａの格子間隔が変調されている。

具体的には、回折格子１３に対する入射角が大きくなるほど格子間隔が狭くなるよう変調されている。例えば、回折格子１３に入射する光の入射角をαとすると、入射角αに比例して格子間隔が狭くなるよう変調され、或いは入射角αの２次関数に比例して格子間隔が狭くなるよう変調されている。詳細は後述するが、回折格子１３の格子間隔を変調することで、レンズ１２の色収差が補正される。入射角αに比例して格子間隔が狭くなるよう変調した場合（入射角αの一次式で補正した場合）にはレンズ１２の色収差が１次補正され、入射角αの２次関数に比例して格子間隔が狭くなるよう変調した場合（入射角αの二次式で補正した場合）にはレンズ１２の色収差が２次補正される。

ミラー１４は、上下方向（図２，図３における紙面に直交する方向）が曲面とされた円筒面の反射面を有し、回折格子１３によって回折されたレーザ光を反射する。上述の通り、回折格子１３に入射した発散光は、回折面１３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面（例えば、図２，図３における紙面）を通る同一波長の回折光が平行光となるように回折される。これに対し、上下方向（図２，図３における紙面に直交する方向）については、かかる回折がなされないため、回折格子１３によって回折された光は、上下方向に発散する光となる。この発散する光を集光するためミラー１４の反射面は上下方向が曲面とされている。尚、ミラー１４は、回折格子１３で回折された光が反射後に元の光路を逆向きに進むように入射した光を集光する。また、ミラー１４は、図２又は図３の紙面に平行な面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。

上記構成において、レーザダイオード１１から射出されたレーザ光は、レンズ１２によって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子１３の回折面１３ａに入射して回折される。このとき、回折面１３ａに形成された格子の格子間隔が変調されているため、回折格子１３の回折面１３ａに入射した発散光は、同一波長の光が回折面１３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内において平行光となるように回折される。

回折格子１３で回折された光のうち、ミラー１４が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、ミラー１４で反射された後に再び回折格子１３の回折面１３ａに入射する。このレーザ光は再び回折格子１３で回折されて元の光路を逆向きに進み、レンズ１２により集光されてレーザダイオード１１に入射する。レーザダイオード１１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１１の端面１１ａで反射されてレーザダイオード１１内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード１１から射出される。

以上の通り、本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源１０は、レーザダイオード１１の端面１１ａと、レーザダイオード１１の外部に設けられたミラー１４とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなすミラー１４を図２、図３の紙面に平行な面内で移動させるとともに、回折格子１３によって回折される光が垂直に入射されるよう同面内で回転させると、ミラー１４に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード１１の端面１１ａから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図１中の符号Ｄ１を付して示す方向にミラー１４を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号Ｄ２を付して示す方向にミラー１４を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

図４は、レンズ１２、回折格子１３、及びミラー１４を含めた光学系の収差の一例を示す収差図であって、（ａ）は波長１．４μｍの場合の収差を示しており、（ｂ）は波長１．５μｍの場合の収差を示しており、（ｃ）は波長１．６５μｍの場合の収差を示している。この図４に示す収差図は、回折格子１３の回折面１３ａに形成された格子を入射角αに比例して格子間隔が狭くなるよう変調してレンズ１２の色収差を１次補正した場合の収差図である。尚、図４においては、レーザ光路に直交する面内に含まれ、互いに直交する２つの方向の位置（ＰＸ，ＰＹ）を横軸に取り、各位置を通るレーザ光の収差量を縦軸に取っている。

但し、レンズ１２は、図１１，１２に示したコリメートレンズ１０２と同様に、波長１．５μｍの光に対して収差が最適化されるよう設計されているものとする。波長１．５μｍの場合における本実施形態に係る光学系の収差を示す図４（ｂ）と従来のコリメートレンズ１０２の収差を示す図１３（ｂ）とを比較すると、ＰＹ方向の像高が高い位置においては、本実施形態に係る光学系の収差の方が大きくなっている部分と小さくなっている部分との両方が存在するものの、全体としては収差量がさほど変わらない。

これに対し、波長１．４μｍの場合の収差を示す図４（ａ）と図１３（ａ）とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。また、波長１．６５μｍの場合の収差を示す図４（ｃ）と図１３（ｃ）とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。このように、レンズ１２の色収差を１次補正することにより、色収差が大幅に改善されていることが分かる。

図５は、レンズ１２、回折格子１３、及びミラー１４を含めた光学系の収差の他の例を示す収差図であって、（ａ）は波長１．４μｍの場合の収差を示しており、（ｂ）は波長１．５μｍの場合の収差を示しており、（ｃ）は波長１．６５μｍの場合の収差を示している。この図５に示す収差図は、回折格子１３の回折面１３ａに形成された格子を入射角αの２次関数に比例して格子間隔が狭くなるよう変調してレンズ１２の色収差を２次補正した場合の収差図である。尚、図５においては、図４と同様に、レーザ光路に直交する面内に含まれ、互いに直交する２つの方向の位置（ＰＸ，ＰＹ）を横軸に取り、各位置を通るレーザ光の収差量を縦軸に取っている。

波長１．５μｍの場合における本実施形態に係る光学系の収差を示す図５（ｂ）と従来のコリメートレンズ１０２の収差を示す図１３（ｂ）とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差の方が若干大きいことが分かる。しかしながら、波長１．４μｍの場合の収差を示す図５（ａ）と図１３（ａ）とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。また、波長１．６５μｍの場合の収差を示す図５（ｃ）と図１３（ｃ）とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。また、２次補正を行った場合の収差を示す図５と１次補正を行った場合の収差を示す図４とを比較すると、２次補正を行った場合の方が何れの波長においても収差が小さくなっていることが分かる。このように、レンズ１２の色収差を２次補正した場合にも、色収差が大幅に改善されていることが分かる。

図６は、レーザダイオード１１に対する戻り光の結合効率の一例を示す図である。尚、図６においては、横軸に波長を取り、縦軸に結合効率を取っている。図６を参照すると、図１１に示す従来の外部共振器型波長可変光源１００における結合効率は、波長が１．５μｍから離れるに従って結合効率が大幅に低下していることが分かる。これに対し、本実施形態の外部共振器型波長可変光源１０では、１次補正を行った場合及び２次補正を行った場合の何れの場合においても、波長が１．５μｍの場合の結合効率は従来例に比べて若干低下しているものの、波長が１．５μｍから離れても従来例のように結合効率が大幅に低下することはない。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源１０によれば、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。尚、図７においては、図１に示す本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源が備える構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図７に示す通り、本発明の第２実施形態による外部共振器型波長可変光源２０は、レーザダイオード１１、レンズ１２、回折格子２３、及びミラー２４を含んで構成される。尚、図７に示す外部共振器型波長可変光源２０も、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。

本実施形態の外部共振器型波長可変光源２０は、第１実施形態と同様のレーザダイオード１１及びレンズ１２を備えているため、回折格子２３には所定の発散角を有する発散光が入射される。図１に示す外部共振器型波長可変光源１０が備える回折格子１３は平面状の回折面１３ａを有し、ミラー１４は上下方向（図２における紙面に直交する方向）が曲面とされた円筒面の反射面を有していた。これに対し、本実施形態の外部共振器型波長可変光源２０は、回折格子２３が円筒形状の回折面２３ａを有しており、ミラー２４は平面状の反射面を有している。以下、回折格子２３及びミラー２４について詳細に説明する。

回折格子２３は、レンズ１２からの発散光、及びミラー２４によって反射されたレーザ光を回折する。回折格子２３の回折面２３ａに形成された格子は、回折格子１３の回折面１３ａに形成された格子と同様に、レンズ１２からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されている。具体的には、回折面２３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が平行光となるように格子間隔が変調されている。具体的には、回折格子２３に対する入射角が大きくなるほど格子間隔が狭くなるよう変調されている。

ここで、図１に示す外部共振器型波長可変光源１０においては、回折格子１３の回折面１３ａが平面状であったため、回折格子１３に入射した発散光は上下方向（図２における紙面に直交する方向）については発散するように回折される。これに対し、図７に示す外部共振器型波長可変光源２０においては、回折格子２３の回折面２３ａが円筒形状とされている。このため、回折格子２３によって回折された光は、上下方向（図２における紙面に直交する方向に対応する方向）には発散せずに平行光として回折される。

ミラー２４は、回折格子２３で回折されたレーザ光を反射する。上述の通り、回折格子２３で回折された光は平行光であるため、ミラー２４が配置された方向へ回折された光はミラー２４の反射面に垂直に入射する。また、ミラー２４は、ミラー１４と同様に、図２の紙面に平行な面に相当する面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。

上記構成において、レーザダイオード１１から射出されたレーザ光は、レンズ１２によって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子２３の回折面２３ａに入射して回折される。このとき、回折面２３ａに形成された格子の格子間隔が変調されているため、回折格子２３の回折面２３ａに入射した発散光は、同一波長の光が回折面２３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内において平行光となるように回折される。また、回折格子２３の回折面２３ａは円筒形状であるため、上下方向（図２における紙面に直交する方向に対応する方向）についても平行光となるように回折される。

回折格子２３で回折された光のうち、ミラー２４が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、ミラー２４で反射された後に再び回折格子２３の回折面２３ａに入射する。このレーザ光は再び回折格子２３で回折されて元の光路を逆向きに進み、レンズ１２により集光されてレーザダイオード１１に入射する。レーザダイオード１１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１１の端面１１ａで反射されてレーザダイオード１１内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード１１から射出される。

以上の通り、本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源２０は、レーザダイオード１１の端面１１ａと、レーザダイオード１１の外部に設けられたミラー２４とによって共振器が形成されている。ここで、図７中の符号Ｄ１を付して示す方向にミラー２４を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号Ｄ２を付して示す方向にミラー２４を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

本実施形態の外部共振器型波長可変光源２０と第１実施形態の外部共振器型波長可変光源１０とは、回折格子及びミラーの一方が円筒面の形状であって他方が平面状の形状である点において共通しており、回折格子２３の回折面２３ａを円筒形状とするのか、或いはミラー１４の反射面を円筒形状とするのかが相違しているだけである。つまり、外部共振器型波長可変光源２０が備える回折格子２３の回折面２３ａも、第１実施形態の外部共振器型波長可変光源１０が備える回折格子１３と同様に、格子の格子間隔が変調されている。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源２０においても、第１実施形態と同様に、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。
〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図であり、図９は同外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。尚、図８，図９においては、図１に示す本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源が備える構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図８，図９に示す通り、本発明の第３実施形態による外部共振器型波長可変光源３０は、レーザダイオード１１、レンズ１２、及び回折格子３３を含んで構成される。尚、図８，図９に示す外部共振器型波長可変光源３０は、リトロー型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。

本実施形態の外部共振器型波長可変光源３０は、第１実施形態と同様のレーザダイオード１１及びレンズ１２を備えているため、回折格子３３には所定の発散角を有する発散光が入射される。また、回折格子３３に入射される発散光を集束させるために、回折格子３３は上下方向（図９における紙面に直交する方向）が曲面とされた円筒面の回折面３３ａを有する。

回折格子３３は、レンズ１２からの発散光を回折する。回折格子３３の回折面３３ａに形成された格子は、図１に示す回折格子１３の回折面１３ａに形成された格子と同様に、レンズ１２からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されている。但し、回折面３３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が集光されるように格子間隔が変調されている。即ち、格子間隔の変調の仕方が図１に示す回折格子１３とは異なる。具体的には、回折格子３３によって回折された回折光が、レンズ１２からの発散光の光路を逆向きに進んで集光されるように格子間隔が変調されている。また、回折格子３３の上下方向の曲率は、回折格子３３によって回折された回折光がレンズ１２からの発散光の光路を逆向きに進んで集光されるよう設定されている。

上記構成において、レーザダイオード１１から射出されたレーザ光は、レンズ１２によって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子３３の回折面３３ａに入射して回折される。このとき、回折面３３ａに形成された格子の格子間隔が変調されているとともに、回折面３３ａは上下方向に曲率を有しているため、回折格子３３の回折面３３ａに入射した発散光は、元の光路を逆向きに進むよう回折される。回折格子３３で回折された光は元の光路を逆向きに進み、レンズ１２により集光されてレーザダイオード１１に入射する。レーザダイオード１１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１１の端面１１ａで反射されてレーザダイオード１１内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード１１から射出される。

以上の通り、本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源２０は、レーザダイオード１１の端面１１ａと、レーザダイオード１１の外部に設けられた回折格子３３とによって共振器が形成されている。ここで、図７中の符号Ｄ３を付して示す方向に回折格子３３を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号Ｄ４を付して示す方向に回折格子３３を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

本実施形態の外部共振器型波長可変光源３０は、第１実施形態の外部共振器型波長可変光源１０及び外部共振器型波長可変光源２０とは、回折格子３３の回折面３３ａに形成された格子の格子間隔の変調の仕方が異なるが、本実施形態においてもレンズ１２の色収差を補正することができる。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源３０によれば、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。

〔第４実施形態〕
図１０は、本発明の第４実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。尚、図１０においては、図１に示す本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源が備える構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図１０に示す通り、本発明の第４実施形態による外部共振器型波長可変光源４０は、レーザダイオード１１、コリメートレンズ４２、回折格子４３、及びミラー４４を含んで構成される。尚、図１０に示す外部共振器型波長可変光源４０は、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。

本実施形態の外部共振器型波長可変光源４０は、図１，図２に示すレンズ１２に代えてコリメートレンズ４２を備えている。コリメートレンズ４２とレンズ１２とは、単体の光学素子としては同一の素子である。但し、図１，図２に示すレンズ１２は、レーザダイオード１１の無反射膜１５が形成された端面におけるレーザ光の射出位置よりもレーダーダイオード１１の内部側に一方の焦点が配置されている。これに対し、コリメートレンズ４２は、レーザダイオード１１の無反射膜１５が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、一方の焦点が配置されている。つまり、コリメートレンズ４２とレンズ１２とは、レーザダイオード１１に対して位置決めされている位置が異なる。このコリメートレンズ４２は、レーザダイオード１１から射出されるレーザ光を平行光にするとともに、回折格子４３で回折されてきたレーザ光をレーザダイオード１１のレーザ光の射出位置に集光する。

回折格子４３は、レンズ４２からの平行光、及びミラー４４によって反射されたレーザ光を回折する。この回折格子４３の回折面４３ａに形成された格子も格子間隔が変調されているが、回折面４３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が集束されるように格子間隔が変調されている。また、回折格子４３の回折面４３ａは上下方向（図２における紙面に直交する方向に対応する方向）について円筒形状とされており、図１０に示す通り、コリメートレンズ４２側に向けて凸となるように配置されている。このため、回折格子４３に入射したレンズ４３からの平行光は、上下方向については発散するように回折される。

ミラー４４は、回折格子４３で回折されたレーザ光を反射する。上述の通り、回折格子４３に入射する平行光は、格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が集束されるように回折される。また、回折格子４３は上下方向について円筒形状とされているため、回折格子４３に入射したレンズ４３からの平行光は、上下方向については発散するように回折される。このため、ミラー４４の反射面はトロイダル面にされている。つまり、ミラー４４の反射面は、直交する２方向の曲率が異なる曲率にされている。

具体的には、ミラー４４の反射面は、回折格子４３の回折面４３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内においては、集束する回折光を発散させるために回折格子４３に向けて凸となる曲率を有している。これに対し、上下方向については発散する回折光を集束させるために、回折格子４３が配置された側とは反対側に凸となる曲率を有している。尚、ミラー４４は、図１に示すミラー１４と同様に、図２の紙面に平行な面に相当する面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。

上記構成において、レーザダイオード１１から射出されたレーザ光は、レンズ４２によって平行光に変換された後に回折格子４３の回折面４３ａに入射して回折される。このとき、回折面４３ａに形成された格子の格子間隔が変調されているため、回折格子４３の回折面４３ａに入射した発散光は、同一波長の光が回折面４３ａに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内において集束するように回折される。これに対し、上下方向については発散するように回折される。

回折格子４３で回折された光のうち、ミラー４４が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、ミラー４４で反射された後に再び回折格子４３の回折面４３ａに入射する。このレーザ光は再び回折格子４３で回折されて平行光となり、元の光路を逆向きに進み、コリメートレンズ４２により集光されてレーザダイオード１１に入射する。レーザダイオード１１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１１の端面１１ａで反射されてレーザダイオード１１内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード１１から射出される。

以上の通り、本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源４０は、レーザダイオード１１の端面１１ａと、レーザダイオード１１の外部に設けられたミラー４４とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなすミラー４４を図２の紙面に平行な面に相当する面内で移動させるとともに、回折格子４３によって回折される光が垂直に入射されるよう同面内で回転させると、ミラー４４に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード１１の端面１１ａから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図１０中の符号Ｄ５を付して示す方向にミラー４４を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号Ｄ６を付して示す方向にミラー４４を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

本実施形態の外部共振器型波長可変光源４０は、前述した第１実施形態〜第３実施形態の外部共振器型波長可変光源１０，２０，３０とは、回折格子４３の回折面４３ａに形成された格子の格子間隔の変調の仕方が異なるが、本実施形態においてもコリメートレンズ４２の色収差を補正することができる。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源４０によれば、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。

以上、本発明の実施形態による分光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、図１０に示す外部共振器型波長可変光源４０においては、回折格子４３がコリメートレンズ４２側に向けて凸となるように配置されている場合を例に挙げて説明したが、コリメートレンズ４２側に向く面を凹面としてもよい。但し、かかる場合にはミラー４４の上下方向の曲率を、回折格子４３が配置された側に凸となる曲率にする必要がある。また、上述した実施形態では、回折格子の格子間隔が一次式、又は二次式で変調されている場合を例に挙げて説明したが、変調方法は任意の方法を用いることができる。例えば、一次式、多項式のみならず、一次関数、高次関数を用いて変調することも可能である。

本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。 回折格子１３に入射する発散光の入射角の相違を説明するための図である。 レンズ１２、回折格子１３、及びミラー１４を含めた光学系の収差の一例を示す収差図である。 レンズ１２、回折格子１３、及びミラー１４を含めた光学系の収差の他の例を示す収差図である。 レーザダイオード１１に対する戻り光の結合効率の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。 本発明の第４実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。 第１従来例に係る外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。 第２従来例に係る外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。 コリメートレンズ１０２の収差の一例を示す収差図である。

符号の説明

１０ 外部共振器型波長可変光源
１１ レーザダイオード
１２ レンズ
１３ 回折格子
１３ａ 回折面
１４ 反射鏡
１５ 無反射膜
２０ 外部共振器型波長可変光源
２３ 回折格子
２３ａ 回折面
２４ 反射鏡
３０ 外部共振器型波長可変光源
３３ 回折格子
３３ａ 回折面

Claims (6)

1. 一方の端面に無反射膜が形成された光源と、当該光源の前記無反射膜が形成された端面側に配置されたレンズと、当該レンズを介した前記光源からの光を波長に応じた角度で回折する回折格子と、当該回折格子で回折された光のうちの一部を前記回折格子に向けて反射する反射鏡とを備え、前記反射鏡により前記回折格子に向けて反射された光を前記レンズを介して前記光源に入射させる外部共振器型波長可変光源において、
   前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、
   前記回折格子は、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面を備える
   ことを特徴とする外部共振器型波長可変光源。
2. 前記回折格子の回折面は、格子の配列方向に沿う第１方向に平行な面内を通る同一波長の回折された光が平行光となるように前記格子間隔が変調されていることを特徴とする請求項１記載の外部共振器型波長可変光源。
3. 前記回折格子及び前記反射鏡の少なくとも一方は、前記第１方向に垂直な第２方向の形状が曲面形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の外部共振器型波長可変光源。
4. 一方の端面に無反射膜が形成された光源と、当該光源の前記無反射膜が形成された端面側に配置されたレンズと、当該レンズを介した前記光源からの光を波長に応じた角度で回折させる回折格子とを備え、前記回折格子で回折された所定の波長の光を前記レンズを介して前記光源に入射させる外部共振器型波長可変光源において、
   前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、
   前記回折格子は、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面を備える
   ことを特徴とする外部共振器型波長可変光源。
5. 前記回折格子の回折面は、同一波長の回折された光が集束しながら前記発散光の光路を逆向きに進むように前記格子間隔が変調されていることを特徴とする請求項４記載の外部共振器型波長可変光源。
6. 前記回折格子は、格子の配列方向に沿う第１方向に垂直な第２方向の形状が曲面形状であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の外部共振器型波長可変光源。
   

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